钜大LARGE | 点击量：2186次 | 2021年05月19日
现在的电动汽车能用快充充电吗？
新能源汽车主是指采用非常规的车用燃料作为动力来源的汽车，目前市面上最常见的是纯电动汽车和混合动力汽车。与普通汽车要内燃机相同，电动汽车要动力锂电池供应前进的能量，目前动力锂电池中最重要的类型是锂离子蓄电池。
遵循科学规律，不要盲目、先把安全可靠的技术发展起来，在十月十七日至十八日北京举办的我国宜春2018全球锂电产业链高峰论坛上，来自学界业界的人士，纷纷就锂离子电池发展安全性的问题，如是呼吁。
锂离子电池（Li-ionBattery）由锂离子电池（LithiumBattery）发展而来。锂离子电池在人们的生活中由来已久，比如纽扣电池就属于锂离子电池。锂离子电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是金属锂。电池组装完成后电池即有电压，不再充电。锂离子电池一般禁止充电，因为其充电放电过程中容易形成锂枝晶，造成电池内部短路。
1992年，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂化合物作正极的电池，在充放电过程中，只有锂离子，没有金属锂存在，也就是现在的锂离子电池。此后，日本索尼能源开发公司和加拿大Moli能源公司分别研制成功了新型的锂离子蓄电池（以下简称锂离子电池）。目前锂离子电池已广泛用于各类手持式电子产品和电动汽车上。
关于锂离子电池来说，性能好坏表现在两个指标上：一个是充放电倍率，代表了电池的充电速度；一个是能量密度，决定了一辆车能续航多少公里。然而，对这两项指标的盲目追求，很大程度上牺牲的是安全系数。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
快速充电技术目前还没有出路
这些着火的事件，至少有60%是在充电或充电刚刚结束的时候出的事，说明充电出了大问题。国家863电动汽车重大专项动力锂电池测试中心主任王子冬表示。
锂离子电池在充电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，正极负极不发生氧化反应。但是王子冬提出，现在充电的方法和使用过程充电都是用的氧化还原反应，不是锂离子电池遵循自身规律应该有的充电方法。此前王子冬团队的实验结果显示，使用现在的充电方法，大概能使电池寿命降低30%。因此在这样的情况下，王子冬认为不应当考虑用大电流充电。
锂离子电池的充放电倍率是指单位额定容量内的充放电电流，例如额定容量为100Ah的电池用20A充放电时，其充放电倍率就为0.2C。一般锂离子电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，但同时电池发热现象也越严重。目前纯电动汽车的充电容量都是慢充化的，基本在0.3C到0.5C之间。另一方面，用过大的电流充电会造成容量不够满，这是因为电池内部的电化学反应要时间。和倒啤酒的相同，倒太快会出现泡沫，反而倒不满。
北京大学新能源材料与技术实验室主任其鲁介绍，今天的多元正极金属复合氧化物电池要实现8分钟充电，理论上大概要用10C的倍率才能做到，这个能量不可想象。
这些技术瓶颈实际上并不是新问题，其鲁是我国锂离子电池研究领域的先锋人物之一，曾担任2008年奥运会清洁能源电动汽车用动力锂电池项目的首席科学家，早在北京奥运会时期，他们就针对各类问题做过各种实验。当时三元材料电池已经可以在5分钟内完成充电。在实验里，三元锂离子电池在快速充电的过程中，热量不能迅速释放，使得爆炸的可能性大大新增。考虑到安全问题，其鲁表示这种技术不能用到纯电动汽车上，只能用在电池混合动力车。
此外，动力锂电池的快充还面对着一个非常现实的问题城市的电力基本设施无法满足个需求。假设一辆公交车用的是150kWh的电池，要5分钟来充电，一辆公交车就要100kW供电能力，假如同时有几百辆上千辆公交车一起充电，会对电网造成很大的冲击。
今天的城市电网根本做不到这一点。其鲁表示。
目前，王子冬的团队正研究充电过程中根据电池特性调整充电方法，改了不同的充电方法后，普通标准充电法充500次的电池寿命，在新方法下可以做到充电1000次，有效减缓了电池的衰减。所以王子冬表示，即便有很多瓶颈，锂离子电池一定会有特别适合自己的充电方法。
其鲁认为，现阶段最合适的是以车位为单位接线充电，两三个小时、五六个小时、甚至一个晚上，这是充电技术完全可以做到。通过先把安全可靠的充电方式发展起来，来推动电动汽车的稳步、安全、健康发展。
能量密度与安全性是一对矛盾
2018年二月，财政部、工信部等四部委联合公布《有关调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，取消了对续驶里程150公里以下纯电动汽车的补贴，对续驶里程超过300公里的纯电动汽车补贴则增至3.4万元，超过400公里的车型补贴增至5万元。
美国加州大学戴维斯分校我国交通能源中心主任王云石分析，这意味着纯电动汽车在达到与汽油车类似的续驶里程后，续驶里程越长越好。新政策可能希望通过对动力锂电池系统能量密度的要求，来推进动力锂电池的发展。
锂离子电池的能量密度(Wh/kg)是指单位重量的电池能储存的能量多少，重要由电池的材料特性决定。按普通铅酸电池的能量密度约为40Wh/kg计算，假如使用铅酸电池驱动家用汽车行驶200公里以上，则要将近1吨的电池。因此把电池重量控制在一定范围的前提下，电池的能量密度越大，汽车的续航里程就越长。
能量密度数值理应是越高越好，但电池是能量高度集中的小型装置，当更小体积里聚集更多能量时，假如使用不当，比如温度升高或突然遇到剧烈碰撞，其出现的后果甚至可以和炸弹相提并论。
根据新能源研究院真锂研究公布的最新数据，2018年六月份之后，120Wh/kg的电池包的装机量占比达到了约95%，而一年前的六月该比重仅为7.3%。也就是说国内电池系统能量密度的进步数以惊人的速度远远超过了海外。
2017-2018.8我国电动汽车乘用车产量中不同能量密度电池包的装机占比来源：真锂研究
尽管在高能量密度电池包的装机数量有了极大提升，但如何平衡能量密度与安全性的问题尚未得到解决。
在今天，能量密度毫无疑问和电池安全性成反比，我们还没有解决好这个问题。其鲁表示。
目前我国国内量产的锂离子电池，理论电芯能量密度在300到400Wh。在这个上限尚无突破办法的情况下，可以通过减磨隔膜的方式，扩大材料空间，从而提高能量密度。隔膜的用途是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，并让电解质离子通过。
这是最简单，也是最危险的办法。王子冬表示。
王子冬介绍，此前他的研究团队了解过三星Note7的着火事件，检查发现三星Note7的电池使用的隔膜约在45微米到46微米左右厚，在使用同质材料的情况下，有些动力锂电池制造厂商甚至在考虑用10微米、8微米厚的隔膜，在他看来这样的想法很胆大。
由于电池制造过程当中防止不了掉颗粒的现象，实际隔膜都会带些细微的工伤，在材料没有突破的前提下，超薄的隔膜、可燃的电解液、加上暗流涌动的枝晶，若在这一环节铤而走险便会埋下爆炸隐患。
在没有掌握住锂离子电池的着火规律前，把控能量密度、安全性和寿命的平衡关系，是我们不能忽视的问题。王子冬说。
实际上，能量密度与安全性这一鱼与熊掌的问题，不仅困扰着我国的锂离子电池技术发展，同样也困扰着业内领先的韩国和日本。来自德意志证券韩国公司的分析师SeunghoonHan表示，目前没有哪家公司敢说其技术路线是完全确定的，但每个公司都认为他们的电池是最安全的。鉴于其他很多行业都通过标准化和规范化，引导解决了很多安全问题，如今锂离子电池行业发展面对的这些安全问题，或许也可以要标准化来解决。而这些发展瓶颈期的问题，并不影响快充技术和提高能量密度依然是未来的技术发展方向。
只有将安全指标标准化、规范化之后，技术发展才会更容易确定什么是更安全的，什么是不安全的。Han表示。
另一方面，高能量密度意味着要高密度的材料，高密度的材料将会决定储存电能的大小。当一种材料能做到的厚度达到安全极限却还低于人们期望的时候，很多人将目光转向寻求新的材料。王子冬认为，假如没有材料上突破，突破高能量密度这一问题，将会在瓶颈期会停滞很长的时间，10年或50年都有可能。
而关于最近很火的石墨烯、纳米材料等，其鲁却并不看好。他表示，包括此前使用的硫酸亚铁锂在内，这些材料实际上都是低密度材料，而三元材料多元材料等密度则高很多，未来甚至还能将密度做得更高。
从材料角度看，石墨烯导电性能好，但由材料推导到电池再推导到电动汽车上，概念能相同吗？其鲁说，纳米材料在这个领域当中不会有什么具体应用。
不管是快充还是高能量密度，其鲁认为一定要戒骄戒躁、保持警惕，尤其对类似固态锂离子电池这类能保证能量密度、使用又安全的技术，在没有很好电导率的电解质材料出现之前，对这类电池的产业化不应抱有太多期望。
